سیستم مواد مدار مجتمع فوتونیک (PIC).

سیستم مواد مدار مجتمع فوتونیک (PIC).

فوتونیک سیلیکون رشته ای است که از ساختارهای مسطح مبتنی بر مواد سیلیکونی برای هدایت نور برای دستیابی به عملکردهای مختلف استفاده می کند. ما در اینجا بر روی کاربرد فوتونیک سیلیکون در ایجاد فرستنده و گیرنده برای ارتباطات فیبر نوری تمرکز می کنیم. با افزایش نیاز به افزودن انتقال بیشتر در پهنای باند معین، ردپای معین و هزینه معین، فوتونیک سیلیکون از نظر اقتصادی سالم تر می شود. برای بخش نوری،فناوری ادغام فوتونیکباید مورد استفاده قرار گیرد و اکثر فرستنده‌های گیرنده منسجم امروزه با استفاده از مدولاتورهای مجزای LiNbO3/ مدار موج نور مسطح (PLC) و گیرنده‌های InP/PLC ساخته می‌شوند.

شکل 1: سیستم های مواد مدار مجتمع فوتونیک (PIC) را نشان می دهد.

شکل 1 محبوب ترین سیستم های مواد PIC را نشان می دهد. از چپ به راست PIC سیلیس مبتنی بر سیلیکون (همچنین به عنوان PLC شناخته می شود)، PIC عایق مبتنی بر سیلیکون (فتونیک سیلیکون)، نیوبات لیتیوم (LiNbO3) و گروه III-V PIC، مانند InP و GaAs. این مقاله بر فوتونیک مبتنی بر سیلیکون تمرکز دارد. درفوتونیک سیلیکونسیگنال نور عمدتاً در سیلیکون حرکت می کند که دارای یک شکاف باند غیر مستقیم 1.12 الکترون ولت (با طول موج 1.1 میکرون) است. سیلیکون به شکل کریستال های خالص در کوره ها پرورش داده می شود و سپس به صورت ویفرهایی که امروزه معمولاً 300 میلی متر قطر دارند بریده می شود. سطح ویفر برای تشکیل یک لایه سیلیس اکسید می شود. یکی از ویفرها با اتم های هیدروژن تا عمق مشخصی بمباران می شود. سپس دو ویفر در خلاء ذوب می شوند و لایه های اکسید آنها به یکدیگر متصل می شوند. مجموعه در امتداد خط کاشت یون هیدروژن شکسته می شود. سپس لایه سیلیکونی در ترک صیقل داده می شود و در نهایت یک لایه نازک از سی کریستالی در بالای ویفر "دسته" سیلیکونی دست نخورده در بالای لایه سیلیس باقی می ماند. موجبرها از این لایه نازک کریستالی تشکیل می شوند. در حالی که این ویفرهای عایق مبتنی بر سیلیکون (SOI) موجبرهای فوتونیک سیلیکونی کم تلفات را ممکن می‌سازند، در واقع به دلیل جریان نشتی کم که ارائه می‌کنند، بیشتر در مدارهای CMOS کم مصرف استفاده می‌شوند.

بسیاری از شکل های ممکن از موجبرهای نوری مبتنی بر سیلیکون وجود دارد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. آنها از موجبرهای سیلیسی دوپ شده با ژرمانیوم در مقیاس میکرو تا موجبرهای سیم سیلیکونی در مقیاس نانو می باشند. با ترکیب ژرمانیوم می توان درست کردآشکارسازهای نوریو جذب الکتریکیتعدیل کننده هاو حتی تقویت کننده های نوری. با دوپینگ سیلیکون، یکمدولاتور نوریمی توان ساخت. قسمت پایین از چپ به راست عبارتند از: موجبر سیم سیلیکونی، موجبر سیلیکون نیترید، موجبر اکسی نیترید سیلیکون، موجبر برجستگی سیلیکونی ضخیم، موجبر سیلیکون نیترید نازک و موجبر سیلیکونی دوپ شده. در بالا، از چپ به راست، تعدیل کننده های تخلیه، آشکارسازهای نوری ژرمانیوم و ژرمانیوم قرار دارند.تقویت کننده های نوری.

شکل 2: مقطع یک سری موجبر نوری مبتنی بر سیلیکون، که تلفات انتشار معمولی و ضریب شکست را نشان می دهد.